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수치해석을 통한 규칙파를 받는 후부 패러핏 케이슨 방파제의 안정성 평가
Stability Evaluation of Rear-Parapet Caisson Breakwaters under Regular Waves by Numerical Simulation 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.32 no.2, 2020년, pp.95 - 105  

이병욱 (한국해양과학기술원 연안개발.에너지연구센터) ,  박우선 (한국해양과학기술원 연안개발.에너지연구센터) ,  안석진 ((주)지오시스템리서치 부설연구소)

초록
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본 연구에서는 CADMAS-SURF 모형을 사용하여 케이슨 직립제의 상부에 패러핏의 설치 위치에 따라서 규칙파에 의한 파압과 파력의 특성을 분석하였고, 파력결과를 사용하여 방파제 및 지반 안정성 평가를 수행하였다. 수치해석결과, 후부 패러핏을 채택하면 전면 최대 파압 및 파력을 저감시킬 수 있으며, 패러핏에 작용하는 최대 파압은 전면에 있는 경우에 비하여 다소 증가하나 전면 최대 파압과의 위상차에 의해 방파제의 안정성에는 거의 영향을 미치지 못함을 확인하였다. 그리고 Yamamoto et al.(2013)이 후부 패러핏의 문제점으로 지적한 바 있는 충격파압은 발생하지 않았다. 활동, 전도에 대한 안정성 검토 결과, 후부 패러핏 구조를 채택하면 항외측에 패러핏을 설치한 경우에 비하여 13% 적은 자중으로도 목표 안전율인 1.2를 확보할 수 있는 것으로 평가되었다. 이때 최대 지반지지력도 30% 감소되는 것으로 확인되어 후부 패러핏 구조의 실제 현장에서의 적용성이 높은 것으로 평가되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, using the CADMAS-SURF model, the characteristics of the wave pressures and the wave forces were analyzed according to the installation position of the parapet on top of the caisson, and the stability evaluation was carried out using estimated wave forces for the design wave condition....

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존 케이슨 방파제의 보강시와 신설 방파제 설계시 패러핏의 위치를 효율적으로 배치하는데 도움을 주기 위하여 패러핏의 위치가 방파제의 안정성에 미치는 영향에 대해서 살펴보았다. CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 사용하여 케이슨식 직립제를 대상으로 패러핏의 위치 변화에 따른 규칙파에 대한 수치해석을 실시하여, 파고와 주기의 변화에 따른 파압 및 위상차를 분석하였고, 충격적인 파압의 발생유무를 검토하였으며, 그리고 방파제에 작용하는 총 파력의 특성에 대해서도 분석하였다.

가설 설정

  • 3333px;">p = 0, 20, 40 cm)를 고려하였다. 그리고 파고(H)와 주기(T)의 영향을 알아보기 위하여 주기가 2.0초일 때 파고는 10, 15 cm, 주기가 1.5초일 때 파고 10cm 인 세 가지 규칙파 조건 대하여 수치해석을 수행하였으며, 설계파는 주기 2.0초이고 파고 15cm인 조건으로 가정하였다. 이 수치실험 조건은 수리실험과의 비교를 위하여 수조제원을 감안하여 설정한 것으로, 축척은 1/40을 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CADMAS-SURF에 대해 설명하시오. 본 연구에서는 패러핏의 설치 위치에 따라서 케이슨(패러핏을 제외한 상치콘크리트 포함)과 패러핏 전면에 작용하는 파압을 해석하기 위하여 CADMAS-SURF(CDIT, 2001)를 이용하였다. 이 수치모형은 2차원 비압축성 점성유체를 대상으로 하는 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 Porous 모형(Sha et al., 1978)에 근거하여 확장한 식을 기본으로 하고, 구조물의 형상근사정도를 높인 것이다(Sakakiyama et al., 1990).
지구온난화에 의한 영향은? 지구온난화에 의하여 해수면상승은 물론이고 해수온도가 상승하여 태풍의 강도도 증가하고 있는 추세이다(Yamada et al., 2017; IPCC, 2019).
설계파고를 상회하는 이상파랑으로부터 항만구조물을 보호하기 위해 필요한 것은? 이로 인하여 대형 태풍에 의해 설계파고를 상회하는 이상파랑이 발생하여 보강된 항만구조물이 다시 피해를 입고 있는 것이 현실이다(Hyein E&C, 2012; DY Engineering, 2013; SEKWANG EnC, 2018). 이러한 환경적인 변화에서 항만을 안전하게 지키기 위해서는 우선적으로 외해로부터 진입하는 파랑을 최전방에서 막는 방파제의 안정성을 확보해야만 한다.
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참고문헌 (19)

  1. Cho, J.H., Park, W.K., Choe, H. and Oh, S.B. (2018). Research and analysis on reinforcement case of rubble-mound and vertical cassion breakwaters. Proceedings of Korean Society of Civil Engineers, 11-12 (in Korean). 

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  4. DY Engineering (2013). Report of the working design project of Seogwipo port for the construction to repair damage caused by the typhoon. Jeju Special Self-Governing Province (in Korean). 

  5. Goda, Y. and Kakizaki, S. (1966). Study on finite amplitude standing waves and their pressures upon a vertical wall. Report of Port and Harbour Research Institute Ministry of Transport Japan, 5(10), 1-57 (in Japanese). 

  6. Goda, Y. (2010). Random seas and design of maritime structures. World Scientific. 

  7. Hirt, C.W. and Nichols, B.D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 39(1), 201-225. 

  8. Hong, K., Kang, Y.-K., Kim, H.-J., Yoon, H.-S. and Ryu, C.-R. (2018). Analysis of change process in the design conditions of harbor breakwaters in Korea. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 30(3), 123-133 (in Korean). 

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  10. IPCC (The Intergovernmental Panel on Climate Change) (2019). Global warming of $1.5^{\circ}C$ . Switzerland. 

  11. Jung, J.-S. and Yoon, J.-S. (2019). Experimental study for overtopping discharges of sea dike having Low Mound and High Wave Wall (LMHW). Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 31(6), 335-343 (in Korean). 

  12. Ko, J.-H., Kwon, O.-G., Song, S.-H. and Kim, D.-K. (2011). Design of construction of contour facilities to improve calmness of Gamcheon harbor. 2011 Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, 2021-2024 (in Korean). 

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  15. SEKWANG EnC (2018). Report of the working design project of counter facilities of Gamcheon port for the construction to repair damage caused by the typhoon. Ministry of Oceans and Fisheries (MOF) (in Korean). 

  16. Sha, W.T., Domanus, H.M., Schmitt, R.C., Oras, J.J. and Lin, E.I.H. (1978). COMMIX-1: A three dimensional transient single-phase component computer program for thermal-hydraulic analysis. Argonne National Laboratory, NUREG/CR-0785, ANL-77-96. 

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  18. Yamada, Y., Satoh, M., Sugi, M., Kodama, C., Noda, A.T., Nakano, M. and Nasuno, T. (2017). Response of tropical cyclone activity and structure to global warming in a high-resolution global nonhydrostatic model. Journal of Climate, 30, 9703-9724. 

  19. Yamamoto, Y., Mototama, K. and Kamikubo, K. (2013). Study on an improvement method for breakwaters at small ports. Research Report, Cold-Region Hydraulic and Aquatic Environmental Engineering Research Group, Public Works Research Institute (in Japanese). 

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